Lý thuyết Vật lý 10 bài 27 KNTT

- Chúng ta đã biết khi năng lượng được chuyển từ dạng này sang dạng khác, từ vật này sang vật khác, thì luôn có một phần bị hao phí.

- Trong các động cơ nhiệt thông thường có khoảng từ 60% đến 70% năng lượng bị hao phí, trong các động cơ điện năng lượng hao phí thấp hơn, chỉ vào khoảng 10%, nhưng trong các pin mặt trời thì ngược lại, chỉ có khoảng 10% năng lượng của ánh sáng mặt trời được chuyển hoá thành điện năng, còn lại là năng lượng hao phí.

2. Hiệu suất

- Để đánh giá tỉ lệ giữa năng lượng có ích và năng lượng toàn phần, người ta dùng khái niệm hiệu suất.

Hiệu suất = Năng lượng có ích : Năng lượng toàn phần

\(H = \frac{{{\rm{W}}i}}{{{W_{tp}}}}.100\%\)   (27.1)  hoặc \(H = \frac{{{\wp _i}}}{{{\wp _{tp}}}}.100\%\) với \({{\wp _i}}\)là công suất có ích, \({\wp _t}\) là công suất toàn phần.

- Từ công thức tính hiệu suất chung ở trên người ta có thể viết công thức tính hiệu suất cho từng trường hợp cụ thể.

- Ví dụ, hiệu suất của động cơ nhiệt được viết dưới dạng:

\(H = \frac{A}{Q}.100\%\)           (27.2)

- Trong đó, A là công cơ học mà động cơ thực hiện được,Q là nhiệt lượng mà động cơ nhận được tự nhiên liệu bị đốt cháy.

Bảng 27.1. Hiệu suất của một số thiết bị điện

Bài tập ví dụ

Một em bé nặng 20 kg chơi cầu trượt từ trạng thái đứng yên ở đỉnh cầu trượt dài 4 m, nghiêng góc 40° so với phương nằm ngang (Hình 27.2). Khi đến chân cầu trượt, tốc độ của em bé này là 3,2 m/s. Lấy gia tốc trọng trường là 10 m/s.

Hình 27.2

a) Tính độ lớn lực ma sát tác dụng vào em bé này.

b) Tính hiệu suất của quá trình chuyển thế năng thành động năng của em bé này.

Giải

a) Độ lớn lực ma sát

- Độ cao của đỉnh cầu trượt so với mặt đất: h = l.sin\(\alpha\) = 4.sin 40° = 2,57 m

- Do có ma sát nên khi trượt, một phần thể năng của em bé được chuyển hoá thành động năng, một phần thắng công cản A của lực ma sát:

\(m.g.h - \frac{{m{v^2}}}{2} = A\)

- Độ lớn công cản của lực ma sát: \(m.g.h - \frac{{m{v^2}}}{2} \approx 411,6J\)

- Từ biểu thức tính công: A = F.s.cos\(\alpha\)

- Ta có độ lớn lực ma sát: F = A/l = 102,9 N.

b) Hiệu suất

- Năng lượng toàn phần bằng thể năng của em bé ở đỉnh cầu trượt: W_tp = m.g.h= 514 J.

- Năng lượng hao phí bằng độ lớn công của lực ma sát nên năng lượng có ích là:

\({{\rm{W}}_t} = {{\rm{W}}_{tp}} - A = 102,4J\)

- Hiệu suất của quá trình biến đổi thế năng thành động năng: \(H = \frac{{{\rm{W}}i}}{{{W_{tp}}}}.100\%  = \frac{{102,4}}{{514}}.100\%  \approx 20\%\)

Hiệu suất được định nghĩa theo công thức: \(H = \frac{{{\rm{W}}i}}{{{W_{tp}}}}.100\%  = \frac{{{\wp _i}}}{{{\wp _{tp}}}}.100\%\)

Bài 1: Theo em thì có thể có bao nhiêu phần trăm động năng của thác nước được nhà máy thủy điện chuyển hóa thành điện năng.

Hướng dẫn giải

Có khoảng 60% đến 70 % động năng của thác nước được nhà máy thủy điện chuyển hóa thành điện năng.

Bài 2: Một ô tô chuyển động với vận tốc 54 km/h có thể đi được đoạn đường dài bao nhiêu khi tiêu thụ hết 60 lít xăng? Biết động cơ của ô tô có công suất 45 kW; hiệu suất 25%; 1 kg xăng đốt cháy hoàn toàn tỏa ra nhiệt lượng bằng 46.10⁶ J/kg và khối lượng riêng của xăng là 700 kg/m³ .

Hướng dẫn giải

- Đổi 54 km/h = 15 m/s

- Ta có: v = 15 m/s; V = 60 lít = 60.10^-3 m³ ; P = 45 kW = 45.10³ W; H = 25%; Q = 46.10⁶ J/kg; ρ = 700 kg/m³

- Khối lượng xăng cần đốt cháy là: m = ρ.V = 700.60.10^-3 = 42 kg

- Ta có 1 kg đốt cháy hoàn toàn tỏa ra nhiệt lượng bằng 46.10⁶ J/kg

→ 42 kg đốt cháy hoàn toàn tỏa ra nhiệt lượng là: Q’ = 46.42.10⁶ = 1932.10⁶ J/kg.

- Công cần thực hiện là: A = H.Q’ = 25%.1932.10⁶ = 4,83.10⁸ J

- Thời gian cần thực công là: \(t = \frac{A}{P} = \frac{{4,{{83.10}^8}}}{{{{45.10}^3}}} = \frac{{32200}}{3}(s)\)

- Quãng đường vật đi được là: \(s = v.t = 15.\frac{{32200}}{3} = 161000(m) = 161(km)\)

Bài 3: Nêu tình huống cho thấy luôn có năng lượng hao phí xuất hiện trong quá trình sử dụng năng lượng. Xác định nguyên nhân gây ra sự hao phí đó?

Hướng dẫn giải

Nhà em thường dùng bếp gas để nấu đồ ăn cho gia đình. Nhưng khi đun bếp, em thấy rất nóng, đun thức ăn cũng thấy lâu chín. Như vậy, trong quá trình sử dụng năng lượng nhiệt từ gas để nấu chín thức ăn thì năng lượng nhiệt còn bị thất thoát ra môi trường làm nóng môi trường bên ngoài và làm nóng xoong/ nồi đựng thức ăn. Đó chính là năng lượng hao phí.

C. Trắc nghiệm Vật lý 10 bài 27